5. Větry a globální cirkulace atmosféry

Prezentace na téma: "5. Větry a globální cirkulace atmosféry"— Transkript prezentace:

1 5. Větry a globální cirkulace atmosféry
5.1 Atmosférický tlak tlak p – síla F rovnoměrně spojitě rozložená, působící kolmo na rovinnou plochu, dělená velikostí této plochy S, tedy p = F.S-1 [Pa = N.m-2] atmosférický (barometrický) tlak – tlak atmosféry na všechna tělesa v ovzduší a na zemský povrch bez zřetele na orientaci stěn tělesa, který se rovná hmotnosti vzduchového sloupce nacházejícího se nad nimi [hPa = mbar] normální barometrický tlak 1013,2 hPa (760 Torrů)

2

3 5.1.1 Měření tlaku rtuťový tlakoměr (barometr) – přístroj pro měření tlaku vzduchu tlak působí na rtuť v nádobě, která je vytlačena do trubice, v níž je vakuum (původně mm Hg) malá mezidenní kolísání tlaku – největší změny při putujících tlakových útvarech

4

5 5.1.2 Změna tlaku vzduchu s výškou
pokles tlaku vzduchu s výškou, v nižších výškách velmi prudký, ve vyšších výškách pomalejší, tj. menší změna výšky v troposféře znamená významnou změnu tlaku vliv poklesu tlaku s výškou na člověka – kyslík se dostává do plicních tkání pomaleji, zkrácení dechu a únava (kolem 3000 m a výše)

6 izobary – čáry spojující místa se stejnou hodnotou tlaku vzduchu
charakteristické tlakové útvary: a) tlaková výše (anticyklona) – uzavřené koncentricky uspořádané izobary s nejvyšším tlakem uprostřed b) tlaková níže (cyklona) – uzavřené koncentricky uspořádané izobary s nejnižším tlakem uprostřed c) hřeben vysokého tlaku – pásmo vyššího tlaku vybíhající z tlakové výše nebo oddělující dvě tlakové níže, nejvyšší tlak v ose hřebenu d) brázda nízkého tlaku – pásmo nižšího tlaku vybíhající z tlakové níže nebo oddělující dvě tlakové výše, nejnižší tlak v ose brázdy e) barické sedlo – část barického pole mezi dvěma protilehlými tlakovými výšemi a dvěma nížemi, příp. mezi dvěma hřebeny a dvěma brázdami

7 5.2 Větry a tlakové gradienty
rozdíly v tlaku vzduchu jsou vyrovnávány prouděním vítr – horizontální složka proudění vzduchu charakteristiky větru: a) směr větru – směr, odkud vítr vane (např. západní vítr – vane od západu k východu); měřen větrnou směrovkou (staví se proti větru)

8 b) rychlost větru (m. s-1, km
b) rychlost větru (m.s-1, km.h-1) – měřena anemometrem (počet otáček Robinsonova kříže je proporcionální rychlosti větru) vítr je vyvolán tlakovými rozdíly mezi dvěma místy a směřuje z oblasti vyššího tlaku vzduchu do oblasti nižšího tlaku vzduchu (tj. ve směru síly horizontálního tlakového gradientu)

9 5.2.1 Konvekční buňka tlakové rozdíly jsou podmíněny nestejným zahříváním povrchu  teplotní diference  teplý vzduch má menší hustotu než studený v teplém vzduchu se izobarické plochy od sebe vzdalují

10 Místní cirkulační systémy – rozdíly v energetické bilanci aktivního povrchu (změny fyzikálních vlastností AP, utváření reliéfu), změna orientace mezi dnem a nocí, vzhledem k rozměru a malé rychlosti se projevuje uchylující síla zemské rotace méně – vzduch protíná izobary (izohypsy) Brízová cirkulace pobřežní vánky (brízy) vanou mezi mořem a pobřežím v létě jako důsledek nestejnoměrného zahřívání vody a souše, které mění směr tlakového gradientu mořský vánek – odpoledne vane chladnější vzduch z moře na pevninu pevninský vánek – vane v noci z pevniny na moře

11

12 Údolní a horské větry a) horské a údolní větry (součást podélné cirkulace v údolích) – během dne stoupá zahřátý vzduch údolími nahoru (údolní vítr), v noci tudy naopak stéká studený vzduch (horský vítr); kombinují se s příčnou cirkulací v údolích na svazích (ve dne výstup vzduchu po zahřátých svazích nahoru, v noci stékání ochlazeného vzduchu) b) katabatické větry – studený vzduch stéká gravitací z vyšších poloh do nižších (např. ledovcový vítr) A – ráno, B – dopoledne, C – poledne a po poledni, D – pozdní odpoledne, E – večer, F – počátek noci, G – noc, H – konec noci, počátek ozáření Sluncem

13 Údolní a horské větry

14 5.2.2 Coriolisova síla a vítr
pro větší větrné systémy se směr pohybu odchyluje od směru horizontálního tlakového gradi-entu díky Coriolisově síle Coriolisova síla, plynoucí z rotace Země (též uchylující síla zemské rotace), způsobuje na severní polokouli stáčení pohybujících se těles doprava, na jižní polokouli doleva (od směru pohybu) – je nulová na rovníku a roste s rostoucí zeměpisnou šířkou vliv na proudění vzduchu a pohyb mořských proudů

15 5.2.3 Cyklony a anticyklony proudění vzduchu je ovlivňováno následujícími sílami: a) sílou horizontálního tlakového gradientu b) Coriolisovou sílou c) sílou tření – proti směru pohybu d) odstředivou sílou – při pohybu po křivočaré trajektorii jejich působením se vzduch pohybuje na stranu nižšího tlaku vzduchu a je odchýlen o určitý úhel od směru horizontálního tlakového gradientu

16 cyklona (oblast nízkého tlaku vzduchu) – vzduch natéká proti směru pohybu ručiček hodinových dovnitř a v centru vystupuje nahoru (oblačno, deštivo) anticyklona (oblast vysokého tlaku vzduchu) – vzduch klesá v centru a vytéká ve směru pohybu ručiček hodinových ven (jasné počasí) cyklony a anticyklony mají rozměry stovek až tisíců km, mohou být stacionární nebo pohyblivé

17 5.2.4 Proudění na ideální Zemi
ideální Země – homogenní povrch, bez sezónních změn

18 Hadleyho buňka – zahřátý vzduch vystupuje na rovníku, odtéká k pólům a klesá asi na 30º z.š.
tropická zóna konvergence – pásmo nízkého tlaku vzduchu, kde se střetávají pasáty obou polokoulí (pásmo rovníkových tišin) subtropické pásmo vysokého tlaku vzduchu – sestupné pohyby, 2-4 velké a stabilní anticyklony, slabé větry, časté bezvětří – tzv. koňské šířky (převoz koní z Nového Skotska do Západní Indie) ze subtropického pásma vysokého tlaku vzduchu vytékají větry směrem k rovníku (pasáty – severovýchodní resp. jihovýchodní větry) a směrem k pólům (jihozápadní resp. severozápadní větry) pásmo 30-60° z.š. má složitější cirkulaci – vpády studeného a suchého vzduchu z vyšších šířek (polární fronta) – proměnlivost tlaku a větrů (v průměru převládá západní proudění) na pólech vysoký tlak v důsledku stále studeného vzduchu – převažuje východní proudění (v Arktidě toto proudění často narušováno)

19 5.3 Globální větrné a tlakové poměry
mapy tlaku vzduchu redukovaného na hladinu moře pro leden a červenec (H – anticyklona, L – cyklona)

20

21

22

23 5.3.1 Subtropické pásmo vysokého tlaku vzduchu
na jižní polokouli nad oceány tři velké oblasti vysokého tlaku vzduchu po celý rok, v červenci další nad Austrálií (ochlazení pevniny) na severní polokouli dvě velké anticyklony nad oceány – Azorská nad Atlantským a Havajská nad Tichým oceánem, zesilují od ledna k červenci a posunují se více k severu východní část anticyklon sušší (intenzivnější subsidence), západní vlhčí (slabší subsidence, vzduch putující nad oceány se sytí vlhkostí)

24 5.3.2 Tropická zóna konvergence (TZK) a monzunová cirkulace
TZK se meridionálně posunuje až o 40 šířkových stupňů během roku v oblasti Asie je zimní Sibiřská anticyklona vystřídání letní Asijskou (Iránskou) níží, což má vliv na vznik monzunů: a) zimní monzun – přívod suchého a chladnějšího vzduchu ze severu b) letní monzun – teplý a vlhký vzduch z Indického oceánu jde na sever a severozápad do Asie (velké srážky v jihovýchodní Asii)

25 5.3.3 Proudění a tlak ve vyšších zeměpisných šířkách
výrazné rozdíly v rozložení pevnin a oceánů na obou polokoulích ovlivňují tvorbu tlakových center na severní polokouli v zimě nad pevninou Sibiřská a Kanadská anticyklona (chladný vzduch k jihu), nad oceány Islandská a Aleutská níže spíše jako oblasti v průměru nižšího tlaku vzduchu na severní polokouli v létě nižší tlak na kontinentech, výrazná Asijská níže, Azorská a Havajská výše na jižní polokouli díky výrazné anticykloně nad Antarktidou, obklopené pásmem nižšího tlaku, výrazná západní cirkulace

26 5.4 Místní větry místní větry – účinek výrazného reliéfu na všeobecnou cirkulaci atmosféry: a) fén (föhn) – suchý, teplý, padavý vítr vanoucí na závětrné straně horských překážek (princip viz 4.5.2); pól fénů – povodí řeky Rioni (Gruzie) – 114 dnů s fénem za rok; za 24 hodin rozpustí více sněhu než sluneční záření za 14 dnů; chinook (polykač sněhu) – východní svahy Skalnatých hor v Kanadě a USA, rychlé tání sněhu (vzestup teploty až o 20 ºC za 7 minut) b) bóra – přetékání studeného vzduchu přes horské překážky lemující pobřeží, nejdříve se hromadí, pak přetéká průsmyky a sedly, prudký pokles teploty (podtéká pod relativně teplý vzduch – vlnobití), výskyt: pobřeží Jadranu, oblast Novorosijska, Nová Země, Bajkal, místní názvy: údolí Rhôny - mistral

27 K podstatě vzniku fénu

28 5.5 Větry ve výšce geostrofický vítr (neprojevuje se vliv tření o zemský povrch) – pohyb vzduchu ve směru izohyps

29

30 5.5.1 Globální cirkulace ve vyšších vrstvách atmosféry
proudění ve vyšších vrstvách troposféry: a) západní větry od asi 25º z.š. k pólům, kde vytváří cirkumpolární cirkulaci kolem polárních níží b) tropické pásmo vysokého tlaku vzduchu mezi 15-20° s.š. a j.š. c) východní větry mezi oběma tropickými pásy vysokého tlaku

31 5.5.2 Rossbyho vlny Rossbyho vlny – vlny vznikající v západním výškovém proudění na severní polokouli na styku chladného polárního a teplého tropického vzduchu

32 5.5.3 “Jet streamy” (trysková proudění)
jet stream – úzké zóny ve vyšších vrstvách atmosféry, kde proudění dosahuje velmi vysoké rychlosti (při velkých teplotních gradientech), maximální rychlost klesá od centra k okrajům: a) polární jet stream – mezi 35-65° z.š. obou polokoulí mezi chladným polárním a teplým tropickým vzduchem (okraj Rossbyho vln) ve výšce km s rychlostmi km.h-1 b) subtropický jet stream – při tropopauze nad Hadleyho buňkou (teplotní kontrast na okraji buňky) s rychlostmi km.h-1 c) tropický jet stream – směřuje z východu na západ, jen v létě, omezen na jihovýchodní Asii, Indii a Afriku

33

34 5.6 Oceánská cirkulace směšovací povrchová vrstva (20–25 ºC, až do 500 m) termoklina – pokles teploty a růst hustoty vody s hloubkou hluboká vrstva – studená (0–5 ºC) a hustá voda

35 5.6.1 Mořské proudy 5.6.1.1 Povrchové proudy
mořský proud – stálý převážně horizontální tok oceánské vody mořské proudy zajišťují přenos tepla mezi nízkými a vysokými šířkami a dělí se na: a) povrchové proudy – působením větrů b) hluboké proudy – podmíněné změnami v teplotě a hustotě vody Povrchové proudy vznikají působením větrů, kdy pohybová energie větru je vodě předávána třením působením Coriolisovy síly je jejich směr odchýlen asi o 45° od řídícího větru proudy nesoucí teplou vodu ve směru k pólům jsou teplé proudy a nesoucí chladnou vodu směrem k rovníku jsou studené proudy

36 kolem 20-30° z.š. jsou centra proudových koloběhů vázaná na subtropické anticyklony
v rovníkové oblasti tekou na západ  při pevnině se stáčí k pólům (teplé proudy – např. Golfský proud, Kuro-šio)  v zóně západních větrů se stáčí na východ  při pevnině se stáčí k rovníku (studené proudy – např. Humboldtův proud), často doprovázeny výstupem nižších chladnějších vod (upwelling) klimatický vliv mořských proudů – oteplování západních pobřeží (např. Severoatlantský proud v Evropě) a ochlazování východních pobřeží pevnin

37

38

39

40 ENSO ENSO = El Niño – Southern Oscillation (Jižní Oscilace) – interval 2-7 roků: a) oceánská složka: El Niño (Ježíšek) – každoroční rovníkový protiproud podél peruánského pobřeží k jihu v létě studená fáze ENSO (La Niña): teplé vody v západním Pacifiku, studené ve východním (Humboldtův proud + upwelling, výrazná pasátová cirkulace) teplá fáze ENSO (El Niño): teplá anomálie povrchových vod v Tichém oceánu šířící se od jihoamerického pobřeží na západ, která se spojí s teplou anomálií vznikající v oblasti datové hranice (zeslabení upwellingu a pasátové cirkulace) ˜ ˜ ˜

41

42 Povrchové teploty oceánu (SST) – La Niña versus El Niño

43 b) atmosférická složka:
index Jižní oscilace – rozdíl přízemního tlaku vzduchu mezi Tahiti ve Francouzské Polynésii a Darwinem v Austrálii – charakterizuje intenzitu pasátové cirkulace Walkerova cirkulace – charakterizuje cirkulaci podél rovníku ve vertikálním řezu studená fáze ENSO: intenzivní pasáty, cirkulační buňka s konvekcí nad Austrálií (srážky) teplá fáze ENSO: oslabení pasátů, přesun oblasti intenzivní konvekce nad střední část Tichého oceánu (Austrálie – subsidence vzduchu, sucho) dopady ENSO (např. teplota vzduchu, telekonekce, srážky a povodně, rybolov)

44

45 5.6.1.2 Hlubokooceánské proudy a termohalinní cirkulace
hlubokooceánské proudy zajišťují pomalou výměnu vody mezi jednotlivými vrstvami v oceánu – jsou generovány pomalým poklesem povrchové vody s vyšší hustotou s nimi jsou spojeny široké a pomalé povrchové proudy termohalinní cirkulace – závisí na teplotě a slanosti vody v severním Atlantiku (downwelling) teplá voda má menší hustotu než studená, proto se povrchová voda nemíchá s chladnější vodou pod ní

46

47 vysvětlení procesu: a) bod A: teplá povrchová voda pomalu postupuje na sever, výpar – voda se stává slanější a hustší b) bod B: voda se dostala do severního Atlantiku a odevzdala teplo atmosféře, je dostatečně hustá, aby mohla klesat do hloubky (downwelling) c) bod C: chladná a hustá voda se dostává dolní vrstvou do Jižního ledového oceánu (tzv. atlantský přenosový pás) d) cirkulace se uzavírá prouděním v tichooceánském přenosovém pásu termohalinní cirkulací se dostává do oceánských hlubin voda bohatá CO2 – součást uhlíkového cyklu (vázání uhlíku z atmosféry) termohalinní cirkulace by mohla být zastavena přívodem většího množství sladké vody do severního Atlantiku (pokles hustoty) – možnost náhlých klimatických změn

48 5.7 Meridionální transport tepla a vláhy
transport tepla a vláhy z rovníkových a tropických oblastí se uskutečňuje prostřednictvím globální cirkulace a mořských proudů

49 Hadleyho buňka jako “tepelná pumpa”: proudění k rovníku transportuje latentní teplo, které je pak součástí přenosu tepla ve výšce od rovníku do subtropů, kde může divergovat v anticyklonách do vyšších šířek (může se obohacovat latentním teplem při výparu) termohalinní cirkulace je důležitá z hlediska transportu teplejší vody do severního Atlantiku – část tohoto tepla přenášena západním prouděním nad Evropu

50 Literatura: Netopil, R. a kol. (1984): Fyzická geografie I. SPN, Praha. Kap : s ; kap , s Strahler, A., Strahler, A. (2006): Introducing Physical Geography. Wiley, New York. Kap. 5: Winds and Global Circulation, s